中科院半導體所全固態(tài)光源實驗室林學春課題組在串模式脈沖光纖放大器方面的研究取得了新進展。研究團隊基于全光纖結(jié)構(gòu)的Q鎖模激光種子源實現(xiàn)串模式脈沖光纖放大器，平均功率166 W，總能量8.3 mJ。這是首次打破平均功率150 W、脈沖能量8 mJ的無任何同步脈沖選擇的脈沖串模式光纖放大器。
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串模式脈沖激光器通常具有kHz量級的重復頻率，子脈沖重頻從百MHz到GHz。 這種低重頻、大能量的串模式脈沖激光器應用廣泛，比如光注入驅(qū)動激光器、高速光通信、激光診斷、流場分析以及激光雷達等領(lǐng)域，均對激光重復頻率（kHz量級）和大能量（mJ級）激光脈沖有很大的需求。由于其在材料加工中具有更低的熱效應而展現(xiàn)出卓越的優(yōu)勢，因此，激光材料燒蝕也急需此類大功率、大能量的激光器。畢爾肯大學最近在Nature上報道了采用非常高平均功率的脈沖串激光進行無熱損傷燒蝕大部分目標材料的研究進展。
光纖放大是產(chǎn)生高功率、高效率脈沖串激光的有效手段。但是高平均功率與高脈沖能量的同時實現(xiàn)是一個巨大的挑戰(zhàn)。目前，高平均功率、高脈沖能量一般通過特殊設計的光纖或復雜的多級光纖放大器，外加脈沖選擇和同步脈沖泵浦方式來實現(xiàn)。2015年，林學春研究團隊報道了一個85 W串脈沖光纖放大器，重頻154 kHz，單個串能量約0.5 mJ，種子源為固體調(diào)Q鎖模激光器。調(diào)Q鎖模（QML）相比連續(xù)鎖模（CWML）被證明是一種更具吸引力的串模式脈沖激光種子源的產(chǎn)生方式，因為這種脈沖序列極像脈沖串，可以通過固體或者光纖化的振蕩器實現(xiàn)，不需要外部聲光調(diào)制器（AOM）或者其它脈沖選擇器件。
最近幾年，針對串重頻10 kHz~1 MHz、子脈沖寬約100 ps的高平均功率、高脈沖能量脈沖串激光器的研究很熱門。這種激光器對于理解反應與非反應高速流體的高溫物理化學過程極其關(guān)鍵。
2017年5月，林學春團隊報道了一個緊湊的166 W串模式脈沖光纖放大器，種子源是Q鎖模的光纖振蕩器，無脈沖選擇器。這是首次基于全光纖結(jié)構(gòu)的Q鎖模激光種子源實現(xiàn)串模式脈沖光纖放大器。該結(jié)構(gòu)更加集成化、堅固和可控。脈沖串重復頻率20 kHz，總能量8.3 mJ，持續(xù)時間大約20 μs，串內(nèi)包括800個鎖模脈沖，子脈沖重復頻率40 MHz，脈寬112 ps。泵浦功率為230 W，光光轉(zhuǎn)換效率約為74%。據(jù)已知報道，這是首次打破平均功率150 W、脈沖能量8 mJ的無任何同步脈沖選擇的脈沖串模式光纖放大器。
相關(guān)研究成果以8.3 mJ, 166 W Burst Mode Pulse Fiber Amplifier based on a Q-Switched Mode-Locked Fiber Seed Laser 為題，發(fā)表在IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics [24(3), 3100105 (2018)] 上。
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